lovesouthernsocial.com

Biết nó là gì, những loại khí nào tác động và khi nào tầng ôzôn phải tái tạo

Tầng ôzôn là gì? Đây là một câu hỏi rất quan trọng đối với bất kỳ ai quan tâm đến sức khỏe của hành tinh Trái đất và do đó là của chúng ta. Nhưng để trả lời nó, trước tiên bạn cần hiểu cách thức hoạt động của một số quá trình cơ bản trong khí quyển.

Một trong những vấn đề môi trường chính liên quan đến hóa học và ô nhiễm không khí là sự suy giảm (hoặc suy thoái) của tầng ôzôn. Chắc chắn bạn đã nghe nói về bộ môn này. Tầng ôzôn, như tên gọi của nó, là một lớp của khí quyển Trái đất có nồng độ ôzôn cao (O3). Nồng độ lớn nhất nằm ở tầng bình lưu, cách bề mặt Trái đất khoảng 20 km đến 25 km. Nồng độ này đạt đỉnh ở vĩ độ cao (cực) và thấp nhất xảy ra ở các vùng nhiệt đới (mặc dù tốc độ sản xuất O3 cao hơn ở vùng nhiệt đới).

Như đã nêu trong bài báo của chúng tôi "Ozone: kẻ xấu hay kẻ tốt?", Khí này có thể vừa cực kỳ quan trọng vừa thiết yếu cho sự sống trên Trái đất, như một chất ô nhiễm có độc tính cao. Tất cả phụ thuộc vào lớp khí quyển mà nó ở trong. Trong tầng đối lưu, anh ta là một nhân vật phản diện. Ở tầng bình lưu, một chàng trai tốt. Trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về ôzôn ở tầng bình lưu, chỉ ra các chức năng, tầm quan trọng của nó, cách nó đã bị suy thoái và làm thế nào để ngăn chặn điều này tiếp tục xảy ra.

Vai trò

Ôzôn ở tầng bình lưu (người tốt) chịu trách nhiệm lọc bức xạ mặt trời ở một số bước sóng (hấp thụ tất cả bức xạ tia cực tím B, được gọi là UV-B và một phần của các loại bức xạ khác) có khả năng gây ra một số loại ung thư, một trong những điều tồi tệ nhất là u ác tính. Nó còn có chức năng giữ ấm cho Trái đất, ngăn không cho tất cả nhiệt lượng tỏa ra trên bề mặt hành tinh bị tiêu tán.

Tầng ôzôn là gì?

Tầng ôzôn, như đã đề cập trước đó, là tầng tập trung khoảng 90% các phân tử O3. Lớp này rất cần thiết cho sự sống trên trái đất, vì nó bảo vệ tất cả các sinh vật bằng cách lọc ra bức xạ mặt trời tia cực tím loại B. Ozone hoạt động khác nhau tùy thuộc vào độ cao của nó. Vào năm 1930, một nhà vật lý người Anh tên là Sydnei Chapman đã mô tả các quá trình sản xuất và phân hủy ozone ở tầng bình lưu dựa trên bốn bước: quang phân oxy; sản xuất ôzôn; tiêu thụ ôzôn I; tiêu thụ ozon II.

1. Quang phân oxy

Bức xạ mặt trời chiếu vào một phân tử O2, tách hai nguyên tử của nó. Nói cách khác, bước đầu tiên này thu được hai nguyên tử oxy tự do (O) như một sản phẩm.

2. Sản xuất ôzôn

Trong bước này, mỗi oxy tự do (O) được tạo ra trong quá trình quang phân phản ứng với một phân tử O2, thu được sản phẩm là phân tử ozon (O3). Phản ứng này xảy ra với sự trợ giúp của nguyên tử hoặc phân tử chất xúc tác, một chất cho phép phản ứng xảy ra nhanh hơn, nhưng không có tác dụng tích cực và không liên kết với chất phản ứng (O và O2) hoặc với sản phẩm (O3).

Bước 3 và 4 chứng minh cách ozone có thể bị phân hủy theo những cách khác nhau:

3. Mức tiêu thụ ôzôn I

Ôzôn được hình thành trong bước sản xuất sau đó lại bị phân hủy thành phân tử O và O2 do tác động của bức xạ mặt trời (khi có bước sóng từ 400 nanomet đến 600 nanomet).

4. Tiêu thụ ôzôn II

Một cách khác mà ozon (O3) bị phân hủy là phản ứng với các nguyên tử oxy tự do (O). Bằng cách này, tất cả các nguyên tử oxy này sẽ tái kết hợp, tạo ra hai phân tử oxy (O2) như một sản phẩm.

Nhưng sau đó, nếu ozone được tạo ra và bị suy giảm, thì cái gì duy trì tầng ozone? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải xem xét hai yếu tố quan trọng: tốc độ sản xuất / phá hủy các phân tử (tốc độ chúng được tạo ra và phá hủy), và thời gian tồn tại trung bình của chúng (thời gian cần thiết để giảm nồng độ của bất kỳ hợp chất nào xuống còn một nửa so với ban đầu. nồng độ).

Về tốc độ sản xuất / phá hủy các phân tử, người ta thấy rằng bước 1 và 4 chậm hơn so với bước 2 và 3 của quy trình. Tuy nhiên, khi mọi thứ bắt đầu ở bước quang phân oxy (bước 1), chúng ta có thể nói rằng nồng độ ozone được tạo ra phụ thuộc vào nó. Điều này giải thích tại sao nồng độ O3 phân hủy ở độ cao trên 25 km và ở độ cao thấp hơn; ở độ cao trên 25 km, nồng độ O2 giảm dần. Trong các lớp khí quyển thấp hơn, các bước sóng dài hơn chiếm ưu thế, có ít năng lượng hơn để phá vỡ các phân tử oxy, làm giảm tốc độ quang phân của chúng.

Mặc dù có khám phá tuyệt vời về các bước này, nhưng nếu chúng ta chỉ xem xét các quá trình phá hủy này, chúng ta sẽ thu được giá trị nồng độ O3 cao gấp đôi giá trị quan sát được trong thực tế. Điều này không xảy ra bởi vì, ngoài các bước đã trình bày, còn có các chu kỳ suy giảm tầng ôzôn không tự nhiên, gây ra bởi Các chất làm suy giảm tầng ôzôn (ODS): các sản phẩm như halon, cacbon tetraclorua (CTC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC), chlorofluorocarbon (CFC ) và metyl bromua (CH3Br). Khi được thả vào khí quyển, chúng sẽ di chuyển đến tầng bình lưu, nơi chúng bị phân hủy bởi bức xạ UV, giải phóng các nguyên tử clo tự do, từ đó phá vỡ liên kết ôzôn, tạo thành khí clo monoxit và khí ôxy. Monoxit clo được tạo thành sẽ phản ứng lại với các nguyên tử oxy tự do, tạo thành nhiều nguyên tử clo hơn, sẽ phản ứng với oxy, v.v. Người ta ước tính rằng mỗi nguyên tử clo có thể phân hủy khoảng 100.000 phân tử ôzôn trong tầng bình lưu và có thời hạn sử dụng là 75 năm, nhưng đã có lượng xả đủ để phản ứng với ôzôn trong gần 100 năm. Ngoài các phản ứng với oxit hydro (HOx) và oxit nitơ (NOx), các phản ứng này cũng phản ứng với O3 ở tầng bình lưu, phá hủy nó, góp phần làm suy giảm tầng ozon.

Biểu đồ dưới đây cho thấy lịch sử tiêu thụ ODS ở Brazil:

Các chất làm suy giảm tầng ôzôn ở đâu và làm thế nào để tránh chúng?

CFCs

Chlorofluorocarbon là các hợp chất tổng hợp được tạo thành bởi clo, flo và cacbon, đã được ứng dụng rộng rãi trong một số quy trình - những quy trình chính được liệt kê dưới đây:

• CFC-11: được sử dụng trong sản xuất bọt polyurethane làm chất mở rộng, trong bình xịt và thuốc làm chất đẩy, trong làm lạnh gia dụng, thương mại và công nghiệp như một chất lỏng;
• CFC-12: được áp dụng trong tất cả các quy trình trong đó CFC-11 được sử dụng và cũng được trộn với ethylene oxide làm chất khử trùng;
• CFC-113: được sử dụng trong các phần tử điện tử chính xác, chẳng hạn như dung môi làm sạch;
• CFC-114: được sử dụng trong bình xịt và thuốc làm chất đẩy;
• CFC-115: được sử dụng như một chất lỏng trong làm lạnh thương mại.

Người ta ước tính rằng các hợp chất này có hại cho tầng ôzôn gấp khoảng 15 nghìn lần so với CO2 (carbon dioxide).

Năm 1985, Công ước Viên về bảo vệ tầng ôzôn đã được 28 quốc gia phê chuẩn. Với những hứa hẹn hợp tác trong nghiên cứu, giám sát và sản xuất CFC, công ước đã trình bày ý tưởng đối mặt với một vấn đề môi trường ở cấp độ toàn cầu trước khi tác động của nó được cảm nhận hoặc được chứng minh một cách khoa học. Vì lý do này, Công ước Viên được coi là một trong những ví dụ điển hình nhất về việc áp dụng nguyên tắc phòng ngừa trong các cuộc đàm phán quốc tế lớn.

Năm 1987, một nhóm gồm 150 nhà khoa học từ bốn quốc gia đã đến Nam Cực và xác nhận rằng nồng độ clo monoxide ở khu vực đó cao hơn khoảng một trăm lần so với bất kỳ nơi nào khác trên hành tinh. Sau đó, vào ngày 16 tháng 9 cùng năm, Nghị định thư Montreal xác định nhu cầu cấm dần dần các chất CFC và thay thế chúng bằng các loại khí không gây hại cho tầng ôzôn. Nhờ giao thức này, ngày 16 tháng 9 được coi là Ngày Thế giới Bảo vệ Tầng Ôzôn.

Công ước Viên về Bảo vệ Tầng Ôzôn và Nghị định thư Montreal được phê chuẩn tại Brazil vào ngày 19 tháng 3 năm 1990, được ban hành tại nước này vào ngày 6 tháng 6 cùng năm, theo Nghị định số 99.280.

Ở Brazil, việc sử dụng CFCs đã hoàn toàn bị chấm dứt vào năm 2010, như thể hiện trong biểu đồ dưới đây:

HCFCs

Hydrochlorofluorocarbons là chất nhân tạo được Brazil nhập khẩu ban đầu với số lượng nhỏ. Tuy nhiên, do lệnh cấm CFCs, việc sử dụng đang gia tăng. Các ứng dụng chính là:

khu vực sản xuất

• HCFC-22: điều hòa không khí và làm lạnh bằng bọt;
• HCFC-123: chất chữa cháy;
• HCFC-141b: bọt, dung môi và sol khí;
• HCFC-142b: tạo bọt.

Khu vực dịch vụ

• HCFC-22: điều hòa không khí lạnh;
• HCFC-123: máy làm lạnh (máy làm lạnh);
• HCFC-141b: làm sạch mạch điện;
• Hỗn hợp HCFC: chất làm mát điều hòa không khí.

Theo Bộ Môi trường (MMA), ước tính đến năm 2040, việc tiêu thụ các chất HCFC sẽ được loại bỏ ở Brazil. Biểu đồ dưới đây cho thấy sự tiến triển trong việc sử dụng các chất HCFC:

thuốc an thần có chất hóa học methyl

Nó là một hợp chất hữu cơ halogen hóa, dưới áp suất, là khí hóa lỏng, có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Methyl bromide cực kỳ độc hại và gây chết người. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và trong việc bảo vệ hàng hóa lưu trữ và để khử trùng nhà kho và nhà máy.

Brazil đã nhập khẩu số lượng methyl bromide đông lạnh từ giữa những năm 1990. Năm 2005, nước này đã giảm 30% lượng nhập khẩu.

Bảng dưới đây cho thấy lịch trình do Brazil quy định để loại bỏ việc sử dụng methyl bromide:

Theo MMA, việc sử dụng methyl bromide chỉ được phép sử dụng để kiểm dịch và xử lý trước khi vận chuyển dành cho hàng nhập khẩu và xuất khẩu.

Dưới đây, biểu đồ cho thấy lịch sử tiêu thụ methyl bromide ở Brazil:

Halons

Chất halon được sản xuất nhân tạo và nhập khẩu bởi Brazil. Nó được tạo thành từ brom, clo hoặc flo và cacbon. Chất này đã được sử dụng rộng rãi trong các bình chữa cháy cho mọi loại đám cháy. Theo Nghị định thư Montreal, vào năm 2002, việc nhập khẩu halon đề cập đến mức nhập khẩu trung bình của Brazil từ năm 1995 đến 1997 sẽ được phép, giảm 50% vào năm 2005 và vào năm 2010, việc nhập khẩu sẽ bị cấm hoàn toàn. Tuy nhiên, Nghị quyết số 267 ngày 14 tháng 12 năm 2000 của Conama đã đi xa hơn, cấm nhập khẩu các halogen mới từ năm 2001, chỉ cho phép nhập khẩu halogen tái sinh, vì chúng không nằm trong lộ trình loại bỏ của giao thức.

Halon-1211 và halon-1301 chủ yếu được sử dụng để loại trừ hỏa hoạn trên biển, trong hàng không, trong tàu chở dầu và dàn khai thác dầu, trong các bộ sưu tập văn hóa và nghệ thuật và trong các nhà máy phát điện và điện hạt nhân, ngoài việc sử dụng trong quân sự. . Trong những trường hợp này, việc sử dụng được cho phép do hiệu quả của nó trong việc dập tắt các điểm cháy mà không để lại cặn và không làm hỏng hệ thống.

Theo biểu đồ dưới đây, Brazil đã loại bỏ việc tiêu thụ halogen.

clo

Clo được thải vào khí quyển theo cách nhân đạo (thông qua hoạt động của con người), chủ yếu thông qua việc sử dụng CFCs (chlorofluorocarbons), mà chúng ta đã thấy ở trên. Chúng là các hợp chất tổng hợp dạng khí, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bình xịt và trong các tủ lạnh và tủ đông cũ.

Ôxít nitơ

Một số nguồn phát xạ tự nhiên là sự biến đổi của vi sinh vật và phóng điện trong khí quyển (sét). Chúng cũng được tạo ra bởi các nguồn nhân tạo. Nguyên nhân chính là đốt nhiên liệu hóa thạch ở nhiệt độ cao. Vì lý do này, sự phát thải của các khí này xảy ra ở tầng đối lưu, là tầng của khí quyển nơi chúng ta sống, nhưng chúng dễ dàng được đưa đến tầng bình lưu thông qua cơ chế đối lưu, và sau đó có thể đến tầng ôzôn, làm suy giảm nó.

Một trong những phương pháp để tránh phát thải NO và NO2 là sử dụng chất xúc tác. Chất xúc tác trong các ngành công nghiệp và trong ô tô có chức năng thúc đẩy các phản ứng hóa học chuyển hóa chất ô nhiễm thành các sản phẩm ít gây hại cho sức khỏe con người và môi trường trước khi thải vào khí quyển.

ôxít hydro

Nguồn chính của HOx trong tầng bình lưu là sự hình thành OH từ quá trình quang phân của ozon, tạo ra các nguyên tử oxy bị kích thích, phản ứng với hơi nước.

Lỗ ôzôn

Hình ảnh: NASA

Năm 1985, người ta phát hiện ra rằng đã có sự suy giảm đáng kể khoảng 50% ôzôn ở tầng bình lưu trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 11, tương ứng với thời kỳ mùa xuân ở Nam bán cầu. Nguyên nhân là do hoạt động của clo từ CFCs. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình này đã diễn ra từ năm 1979.

Lỗ thủng duy nhất của tầng ôzôn nằm ở Nam Cực - ở những nơi khác, điều đã xảy ra là sự suy giảm dần dần và chậm của tầng ôzôn.

Tuy nhiên, có một xu hướng lớn hiện nay là đảo ngược thiệt hại đối với tầng ôzôn, do các biện pháp được thông qua trong Nghị định thư Montreal, theo báo cáo của Chương trình Phát triển Liên hợp quốc (UNDP). Dự kiến ​​là vào khoảng năm 2050, lớp này sẽ được khôi phục về mức trước năm 1980.

Sự tò mò: tại sao chỉ ở Nam Cực?

Có thể đưa ra lời giải thích cho việc lỗ hổng chỉ xuất hiện trên Nam Cực là do các điều kiện đặc biệt của Nam Cực, chẳng hạn như nhiệt độ thấp và hệ thống hoàn lưu khí quyển bị cô lập.

Do các dòng đối lưu, các khối không khí lưu thông liên tục, nhưng ở Nam Cực, do có mùa đông khắc nghiệt nên không khí không lưu thông, tạo ra các vòng đối lưu giới hạn trong khu vực, được gọi là xoáy cực hay xoáy thuận.

Xem thêm đoạn video ngắn này do Viện Nghiên cứu Không gian Quốc gia (Inpe) thực hiện về sự suy giảm tầng ôzôn do CFCs: